当前位置: 首页 > 工作简报 > 正文
创新方法工作简报(第3期)
来源:青海省科技厅  时间:2013-12-06
\
创新案例
TRIZ应用实例--菲利普灯泡的改进
  应用背景:  
  绿色家电是当今家电产业的发展趋势之一。所谓绿色家电是指家电的生产和消费能够降低对生态环境的坏,减少资源浪费。白炽灯由于具有耗电量大,耐久性低,使用寿命短等缺点,已经不符合这种家电的发展趋势。Philips公司开发的小型荧光灯(CFL:Compact  Fluorescent  Lamp)是白炽灯良好的替代产品。它具有省电,使用寿命长,易回收再利用和环保的优点。  
  荧光灯具有省电,节能的优点,有很高的经济效益和社会效益。1997年的一份调查显示:1994年全年共销售了20亿只Philips小型荧光灯,并且以每年15-20%的速率稳步增长。这些荧光灯至少10倍寿命于相同功能的白炽灯。也就是说,相当于200亿只白炽灯。而且,一只18W的Philips小型荧光灯相当于75W的白炽灯,节省了3/4强的电能。可以算出,一只荧光灯可以节约约200升用于发电的石油。  
  问题描述:
   荧光灯的发光原理是,荧光灯管里充满了水银蒸气,灯管内壁涂有荧光剂,水银蒸气受高压电激发使电子跳脱出来,部分电子撞击荧光剂后发出白光。长期使用的情况下,荧光灯往往亮度变弱。这是由于真空玻璃管吸收水银蒸气,造成管中的水银蒸气不断减少。这不仅削弱了荧光灯的亮度,而且缩短了荧光灯的寿命。由此可见,如果管内水银蒸气量过少,会降低荧光灯工作的可靠性,使产品在市场上缺乏竞争力。由于对真空玻璃管的水银吸收率缺乏真实的统计数据,以及不精确的制造技术,传统的荧光灯往往填充过量的水银蒸气,造成了物质上的浪费。如果荧光灯管破损,大量的水银蒸气释放出来,对环境和人体的损害是非常大的。但是,降低管内的水银蒸气量会增加电能的耗费。因为为了保证亮度,需要增加能量以激发出更多的电子。  
  系统存在的技术冲突有:为了保证荧光灯亮度的稳定性,就不得不增加水银蒸气的量;减少水银蒸气的量,有利于环境保护,但降低了荧光灯工作的可靠性;减少水银蒸气的量,有利于环境保护,但增加了能量的耗费。  
解决思路和关键步骤:  
   应用用冲突矩阵和原理来分析,解决问题。这样,得到三组技术冲突:  
  1.  减少水银蒸气的量(物质的量),但荧光灯工作的可靠性降低(可靠性)。  
  2.  减少水银蒸气的量(物质的量),但需要耗费更多的电能(能量的浪费)。  
  3.  有利于环境保护(作用于物体的有害的因素),但荧光灯使用的能量增加了(静止物体使用的能量)。  
  对这三组技术冲突分别运用冲突解决矩阵的方法,得到多个发明原理,经过分析得到3个可能的发明原理:                  
  1.  由冲突矩阵[物质的量/可靠性]得到发明原理:机械系统的替代  
     2.  由冲突矩阵[物质的量/能量的浪费]得到发明原理7:嵌套  
     3.  由冲突矩阵[作用于物体的有害的因素/静止物体使用的能量]得到发明原理37:热膨胀  
     新概念产生:
     在创新过程中应用了发明原理7,发明原理28和发明原理37。  
     A  应用发明原理7  :嵌套
     解决方案:在真空管的里面内嵌一个玻璃囊。  
     B  应用发明原理28:机械系统替代  
     解决方案:用高频的电磁场来打破这个玻璃囊这一物理结构,释放水银。  
     C  应用发明原理37:热膨胀  
     解决方案:利用金属线和玻璃囊的热膨胀系数的不同释放水银蒸气。  
     结论:
     经过计算满足性能要求的最小剂量的水银蒸气被密封在玻璃囊中。在玻璃囊的内壁上嵌着金属线圈。该玻璃囊被内嵌在真空管的一端。荧光灯被制造出来后,通过一个高频的电磁场来加热玻璃囊。由于玻璃囊和金属线圈的热膨胀系数不一样,使得金属线圈能够切断玻璃囊,释放出水银蒸气。同一般的荧光管相比,用这种新的制造技术,至少可以减少75%的水银含量,减少了对环境的污染。  
 
 
他山之石
天津市举办首期科技型企业创新工程师高级培训班
  为增强创新方法在科技型中小企业的应用推广,天津市在东丽区建立了创新方法试点城区,并建立了创新方法培训和区科技主体计划结合的制度。作为创新方法助推科技型中小企业提升自主创新能力的新探索,2011年4月23日,天津市创新方法推广应用服务中心与东丽区科委合作组织了首期针对天津市科技型中小企业开展的“东丽区科技型企业创新工程师高级培训班”,来自东丽区小巨人企业和规模企业二十多家企业的30余名研发人员、管理人员等企业科研骨干参加此次创新工程师高级培训班。河北工业大学副校长、我会常务理事檀润华教授率领的师资团队负责授课和咨询工作。
  此次高级班的培训分两个阶段进行,有效授课时间为10天,除了学习理论知识外,授课老师还要亲自深入企业指导学员,整个过程将历时4个月左右。第一阶段4月23-27日,对参训学员进行创新方法及TRIZ理论的全面系统地理论讲解,第二阶段5月29日-6月2日,进行创新理论进阶培训和计算机辅助创新(CAI)操作训练。通过10天的集中深入培训,学员们对创新方法及TRIZ理论产生了浓厚的兴趣,课上课下都积极与导师就相关问题进行探讨。
绝大部分学员通过培训掌握了TRIZ的理论,并将所学创新方法理论与工作中的技术问题相结合,通过课后师生互动和老师深入企业咨询, 25个企业相关领域项目难题得到了基本解决。
 
☆知识导航☆
 
TRIZ理论中的技术系统进化法则
  一. 技术系统进化法则
  半个世纪前,发明著名的TRIZ理论(发明问题解决理论)的前苏联发明家Altshuller先生在分析大量专利的过程中发现,产品及其技术的发展总是遵循一定的客观规律,而且同一条规律往往在不同的产品技术领域被反复应用。即任何领域的产品改进、技术的变革过程,是有规律可循的。人们如果掌握了这些规律,就能能动地进行产品设计并能预测产品的未来发展趋势。于是,Altshuller和他的合作伙伴不断总结提炼,形成当前著名的技术系统进化法则,构成TRIZ理论的核心内容之一。
  TRIZ理论中包含的进化法则主要有提高理想度法则,完备性法则,能量传导法则,提高柔性、移动性和可控性法则,子系统非一致性进化法则,向超系统升迁法则,向微观系统升迁法则,协调法则等。这些技术系统进化法则基本涵盖了各种产品核心技术的进化规律,每条法则又包含不同数目的具体进化路线和模式。下面介绍的键盘等不同产品的核心技术发展就共同遵循一条典型的技术进化路线。
  二.键盘进化实例
  作为计算机外围设备的重要组成之一,键盘已经是随处可见。目前常见的键盘是一个刚性整体,体积也比较大,不方便携带。在美国海军陆战队配备一种可以折叠的键盘,便于行军中携带。再就是一些PDA产品,将键盘输入功能设置在其柔性的外包装套上,展开后就成了一个比较大的键盘。而现在液晶触摸屏也可以作为输入设备代替键盘。最近,以色列一家公司推出一种虚拟激光键盘,它通过将全尺寸键盘的影像投影到桌子平面上,用户在上面就可以象使用物理键盘一样直接输入文本。
  上面提到的几种输入设备基本上代表了过去几十年来键盘的主要发展历程。简单分析一下,可以发现键盘的演变脉络,即从一体化的刚性键盘到折叠式键盘,到柔性的键盘,到液晶键盘,再到激光键盘。如果我们将键盘核心技术的这种演变过程抽象出来,会发现它是按照从刚性,到铰链式,到完全柔性,到气体、液体,一直到场的发展路线。其实很多产品的发展也是沿着这条路线不断进化。比如轴承,它从开始的单排球轴承,到多排球轴承,到微球轴承,到气体、液体支撑轴承,到磁悬浮轴承。又如切割技术,从原始的锯条,到砂轮片,到高压水射流,到激光切割等。它们在本质上基本都是沿着和键盘同样的演变路线不断发展。
  三. 基于技术进化原理的技术预测与新产品开发
  显然,一旦掌握了这些规律,我们就可以在此基础上,确认目前产品所处的发展状态,发现产品存在的缺陷和问题,并预测其未来发展趋势,制定产品开发战略和规划,开发新一代产品。这就是我们常说的技术预测。
  技术预测包含一个重要内容,那就是产品进化曲线――S曲线,用于表示产品从诞生到退出市场这样一个生命周期的基本发展过程。在TRIZ理论中将进化曲线分为四个阶段,即婴儿期,成长期,成熟期和退出期。婴儿期和成长期一般代表该产品处于原理实现、性能优化和商品化开发阶段,到了成熟期和退出期,则说明该产品技术发展已经比较成熟,盈利逐渐达到最高并开始下降,需要开发新的替代产品。随着产品的不断更新换代,形成了该类产品的进化曲线族。对此TRIZ理论提供了一种识别和确认产品所处状态的技术,即首先总结出特定时间内与产品相关的专利数量,专利级别,市场利润和产品性能的基本变化规律,那么通过对当前产品的相关参数变化情况,我们就可以确定该产品处于生命周期的哪个阶段,从而为制定产品开发策略提供参考。
  因此,基于技术进化法则,可以使我们的产品开发具有可预见性,对于提高产品创新的成功率,缩短发明周期,都具有重要意义和价值。

青海省科学技术信息研究所版权所有 未经允许 不得转载